針對(duì)毫米波無(wú)線通信系統(tǒng)寬頻帶、多功能和低成本的演進(jìn)需求,本文深入研究用于各類毫米波應(yīng)用的天線技術(shù),從廣義化、通用化的基礎(chǔ)理論入手,提出了端射類寬帶毫米波天線與陣列的設(shè)計(jì)理論與方法,并均通過(guò)仿真和實(shí)測(cè)驗(yàn)證了正確性和有效性。研究成果可以廣泛應(yīng)用于毫米波終端設(shè)備、基站、衛(wèi)星通信等應(yīng)用的天線設(shè)計(jì)中,本文的主要工作如下:1)針對(duì)毫米波圓極化天線損耗高、工作頻帶窄的問(wèn)題,本文提出了一種新型的基于毫米波低損耗傳輸線矩形波導(dǎo)的圓極化漸變縫隙天線原型,實(shí)現(xiàn)了阻抗軸比綜合帶寬達(dá)到了34.1%。通過(guò)波導(dǎo)模式、電流分布,解釋了該天線工作機(jī)理并給出了詳細(xì)的天線設(shè)計(jì)流程;將此類圓極化漸變縫隙天線原型引入到易于集成化的板材天線設(shè)計(jì)中,提出了基于基片集成波導(dǎo)的圓極化漸變縫隙天線,實(shí)現(xiàn)了阻抗軸比綜合帶寬達(dá)到了34.7%;基于脊波導(dǎo)工作機(jī)理,提出了圓極化漸變縫隙天線原型的小型化設(shè)計(jì)方法,彌補(bǔ)了該類天線由于寬邊尺寸過(guò)大而無(wú)法直接作陣列單元設(shè)計(jì)的缺陷,優(yōu)化后的口徑尺寸為0.8318λ× 0.696λ,阻抗軸比綜合帶寬達(dá)到了27.6%;將圓極化漸變縫隙天線引入圓極化圓波導(dǎo)喇叭天線的設(shè)計(jì),提出了不需要正交模式轉(zhuǎn)換器的寬帶圓極化喇叭,軸比阻抗綜合帶寬達(dá)到40%,通過(guò)三端口模型對(duì)該喇叭天線的機(jī)理進(jìn)行了解釋并給出了詳細(xì)的設(shè)計(jì)流程。2)針對(duì)毫米波高增益圓極化天線陣列輻射效率低、工作頻帶窄的問(wèn)題,本文對(duì)基于板材的圓極化漸變縫隙天線結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造,加載了金屬夾板增大了輻射口徑面積,提高了軸比阻抗與增益特性,并使用集成化設(shè)計(jì)的基片集成波導(dǎo)饋電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行饋電,最終構(gòu)建了4 × 4定向端射型圓極化漸變縫隙天線陣列,阻抗軸比綜合帶寬覆蓋了 5G E頻段和W頻段中的81至86 GHz和92至95 GHz,最高增益達(dá)到了 19.88 dBic,最高口徑效率為80.6%;提出了基于矩形波導(dǎo)的圓極化隔片天線原型,天線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,實(shí)現(xiàn)了40%的阻抗軸比帶寬,基于波導(dǎo)模式理論,通過(guò)三端口模型對(duì)天線圓極化機(jī)理進(jìn)行了分析,并對(duì)天線所有參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的參數(shù)掃描驗(yàn)證,理論計(jì)算了口徑場(chǎng)波導(dǎo)模式分布,通過(guò)高頻仿真軟件HFSS對(duì)8 × 8陣列進(jìn)行仿真,驗(yàn)證了其作為高增益陣列單元的可行性,仿真陣列結(jié)果同樣可覆蓋40%阻抗軸比綜合帶寬,且仿真效率在工作頻帶內(nèi)大于85.34%。3)針對(duì)毫米波多波束天線尺寸大、實(shí)現(xiàn)圓極化難的問(wèn)題,本文將圓極化隔片天線原型引入集成化的板材天線設(shè)計(jì),進(jìn)一步壓縮了口徑電尺寸,展寬了 3-dB波瓣寬度與軸比波瓣寬度,提出了與輻射單元板材參數(shù)一致的4 × 4折疊型巴特勒矩陣用于饋電,并基于傳輸線理論,設(shè)計(jì)了巴特勒矩陣中的移相器,實(shí)現(xiàn)了小尺寸、寬頻帶、圓極化的多波束天線陣列,天線陣列電尺寸為0.77λ× 7.9λ × 12.4λ,陣列阻抗隔離帶寬覆蓋頻率范圍57.8至62.5 GHz,波束范圍覆蓋了±37°,最高增益可達(dá)11.01 dBic。4)針對(duì)毫米波頻率波束掃描天線波束覆蓋范圍小、增益波動(dòng)大的問(wèn)題,本文提出了一種基于折疊型基片集成波導(dǎo)移相器的頻率波束掃描天線陣列,基于電磁偶極子工作機(jī)理,設(shè)計(jì)了寬波束角的端射型電磁偶極子天線陣列單元,基于傳輸線理論對(duì)所提移相器的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了理論推導(dǎo),并理論計(jì)算了最終陣列天線的輻射方向圖,天線陣列在頻率57至63 GHz范圍內(nèi),波束覆蓋范圍可達(dá)-18°到32°,增益波動(dòng)小于2.9 dBi。上述成果已發(fā)表于國(guó)際權(quán)威期刊IEEE Journal on Selected Areas in Communications,IEEE Transactions on Antennas and Propagation,IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters以及IEEE Access,另有一項(xiàng)發(fā)明專利獲授權(quán)。
【學(xué)位單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN928
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 研究背景與研究意義
    1.2 毫米波天線與天線陣列研究現(xiàn)狀
        1.2.1 毫米波寬帶圓極化天線的研究現(xiàn)狀
        1.2.2 毫米波寬帶定向高增益圓極化天線陣列的研究現(xiàn)狀
        1.2.3 毫米波多波束天線陣列的研究現(xiàn)狀
        1.2.4 毫米波頻率波束掃描天線陣列的研究現(xiàn)狀
    1.3 本論文的研究?jī)?nèi)容與結(jié)構(gòu)
第二章 毫米波寬帶圓極化漸變縫隙天線
    2.1 引言
    2.2 基于矩形波導(dǎo)的圓極化漸變縫隙天線
        2.2.1 天線結(jié)構(gòu)
        2.2.2 天線工作機(jī)理與參數(shù)分析
        2.2.3 仿真與實(shí)測(cè)結(jié)果
        2.2.4 小結(jié)
    2.3 基于基片集成波導(dǎo)的圓極化漸變縫隙天線
        2.3.1 天線結(jié)構(gòu)
        2.3.2 工作機(jī)理
        2.3.3 仿真與實(shí)測(cè)結(jié)果
        2.3.4 小結(jié)
    2.4 基于矩形波導(dǎo)的小型化圓極化漸變縫隙天線
        2.4.1 天線結(jié)構(gòu)
        2.4.2 小型化原理
        2.4.3 仿真與實(shí)測(cè)結(jié)果
        2.4.4 小結(jié)
    2.5 基于漸變縫隙的圓極化喇叭天線
        2.5.1 天線結(jié)構(gòu)
        2.5.2 工作機(jī)理
        2.5.3 仿真與測(cè)試結(jié)果
        2.5.4 小結(jié)
第三章 毫米波寬帶定向高增益圓極化天線陣列
    3.1 引言
    3.2 4×4圓極化漸變縫隙天線陣列
        3.2.1 天線單元結(jié)構(gòu)
        3.2.2 單元工作機(jī)理與性能
        3.2.3 饋電網(wǎng)絡(luò)
        3.2.4 仿真與測(cè)試結(jié)果
        3.2.5 小結(jié)
    3.3 圓極化隔片天線陣列
        3.3.1 天線單元結(jié)構(gòu)
        3.3.2 隔片天線單元機(jī)理分析
        3.3.3 8×8隔片天線陣列性能仿真
        3.3.4 仿真與測(cè)試結(jié)果
        3.3.5 小結(jié)
第四章 毫米波緊湊型多波束圓極化隔片天線陣列
    4.1 引言
    4.2 基于折疊型巴特勒矩陣的多波束圓極化隔片天線陣列
        4.2.1 天線單元結(jié)構(gòu)
        4.2.2 單元工作機(jī)理
        4.2.3 4×4折疊型巴特勒矩陣
        4.2.4 四波束端射天線陣列
        4.2.5 小結(jié)
第五章 毫米波頻率波束掃描天線陣列
    5.1 引言
    5.2 基于基片集成波導(dǎo)移相器的頻率波束掃描天線陣列
        5.2.1 基于基片集成波導(dǎo)移相器結(jié)構(gòu)與原理
        5.2.2 天線單元
        5.2.3 頻率波束掃描天線陣列
        5.2.4 仿真與實(shí)測(cè)結(jié)果
        5.2.5 小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 論文主要研究?jī)?nèi)容
    6.2 創(chuàng)新點(diǎn)
    6.3 對(duì)未來(lái)研究工作的展望
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀學(xué)位期間取得的研究成果

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 曹乾;;基片集成波導(dǎo)專利技術(shù)分析[J];中國(guó)新通信;2016年04期

2 王倪;金城;徐曉文;;基于1/4�；刹▽�(dǎo)子陣列天線設(shè)計(jì)[J];微波學(xué)報(bào);2014年S1期

3 段曉曦;朱永忠;李萍;陳軍;;一種新型多層八分之一�；刹▽�(dǎo)濾波器小型化研究[J];科學(xué)技術(shù)與工程;2015年29期

4 塔利克·吉納菲;吳柯;;基片集成波導(dǎo)技術(shù):最新的發(fā)展及未來(lái)的展望(英文)[J];電子科技大學(xué)學(xué)報(bào);2013年02期

5 蘭江宏;嚴(yán)文博;孫保華;;寬帶同軸與基片集成波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)[J];微波學(xué)報(bào);2018年S2期

6 董亞洲;董士偉;朱忠博;王穎;;一種新型多層1/4�；刹▽�(dǎo)濾波器[J];空間電子技術(shù);2012年04期

7 李榮強(qiáng);肖紹球;;一種槽線擾動(dòng)的基片集成波導(dǎo)雙模濾波器[J];電子與信息學(xué)報(bào);2014年11期

8 李榮強(qiáng);杜國(guó)宏;唐軍;;過(guò)模基片集成波導(dǎo)腔體濾波器設(shè)計(jì)[J];微波學(xué)報(bào);2014年03期

9 張玉林,洪偉,吳柯,湯紅軍,郝張成;一種新型基片集成波導(dǎo)腔體濾波器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J];微波學(xué)報(bào);2005年S1期

10 張懌成;劉方毅;孟志豪;;小型化基片集成波導(dǎo)濾波器研究進(jìn)展[J];電子世界;2018年20期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 程瀟鶴;毫米波通信系統(tǒng)中的端射天線關(guān)鍵技術(shù)研究[D];北京郵電大學(xué);2019年

2 陳昌明;基于基片集成波導(dǎo)的微波器件和電路研究[D];電子科技大學(xué);2018年

3 任鳳朝;基片集成毫米波天線與陣列的研究[D];東南大學(xué);2018年

4 郝張成;基片集成波導(dǎo)技術(shù)的研究[D];東南大學(xué);2006年

5 顏力;基片集成波導(dǎo)傳輸特性及陣列天線的理論與實(shí)驗(yàn)研究[D];東南大學(xué);2005年

6 張玉林;基片集成波導(dǎo)傳播特性及濾波器的理論與實(shí)驗(yàn)研究[D];東南大學(xué);2005年

7 李皓;基片集成波導(dǎo)不連續(xù)性問(wèn)題的研究[D];東南大學(xué);2005年

8 鄭博仁;高性能基片集成波導(dǎo)微波濾波器研究[D];電子科技大學(xué);2012年

9 譚立容;基于鐵氧體加載基片集成波導(dǎo)的頻率可調(diào)天線研究[D];南京大學(xué);2014年

10 何朝升;基片集成波導(dǎo)小型化無(wú)源器件研究[D];電子科技大學(xué);2017年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 程祥遠(yuǎn);基于基片集成波導(dǎo)的帶通濾波器設(shè)計(jì)[D];西安電子科技大學(xué);2018年

2 畢延迪;基于基片集成波導(dǎo)技術(shù)的高增益天線研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

3 宋井盼;基于半�；刹▽�(dǎo)的可重構(gòu)帶通濾波器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];西安電子科技大學(xué);2018年

4 劉水;混合型基片集成波導(dǎo)電路應(yīng)用研究[D];南京郵電大學(xué);2018年

5 張林;K波段基片集成波導(dǎo)縫隙陣列天線設(shè)計(jì)[D];西安電子科技大學(xué);2018年

6 柯伯威;基于基片集成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的渦旋電磁波天線設(shè)計(jì)[D];西安電子科技大學(xué);2018年

7 徐揚(yáng);毫米波多層基片集成波導(dǎo)濾波天線研究[D];西安電子科技大學(xué);2018年

8 韓信;基于基片集成波導(dǎo)的H面喇叭天線和頻率可調(diào)背腔縫隙天線研究[D];華中科技大學(xué);2017年

9 張?zhí)移G;基于基片集成波導(dǎo)的天線設(shè)計(jì)[D];云南大學(xué);2017年

10 田偉成;基片集成波導(dǎo)場(chǎng)移式隔離器組件的研究與設(shè)計(jì)[D];電子科技大學(xué);2018年

本文編號(hào)：2846801